Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier les applications du rayonnement nucléaire.
Les atomes contiennent des noyaux. Certains noyaux sont instables, ce qui signifie qu’ils peuvent changer spontanément. Nous appelons cela la désintégration nucléaire. Lorsqu’un noyau subit une désintégration nucléaire, il libère un rayonnement nucléaire sous la forme de particules et d’ondes électromagnétiques.
La catégorie d’énergie pour les noyaux instables s’appelle énergie nucléaire. Lorsqu’un noyau émet un rayonnement nucléaire, une partie de son énergie nucléaire peut être transférée vers d’autres catégories d’énergie. Cette énergie peut être utilisée de différentes manières.
L’une des façons les plus importantes d’utiliser cette énergie est de produire de l’électricité. Les centrales nucléaires sont utilisées pour transformer l’énergie du combustible nucléaire en énergie électrique. Le combustible nucléaire est une matière radioactive qui émet de grandes quantités de radiations nucléaires et transfère ainsi beaucoup d’énergie en peu de temps.
Dans les centrales nucléaires, l’énergie libérée par le combustible nucléaire est transformée en énergie thermique dans de l’eau, ce qui provoque son ébullition.
Lorsque l’eau bout, elle devient vapeur. La vapeur peut servir pour faire tourner des turbines et alimenter un générateur électrique. Dans ce processus, l’énergie thermique est transformée en énergie électrique.
Exemple 1: Rayonnement et production d’électricité
Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement la manière dont l’énergie issue du rayonnement nucléaire sert à produire de l’électricité ?
- L’énergie issue du rayonnement nucléaire est utilisée pour produire des ondes électromagnétiques.
- L’énergie issue du rayonnement nucléaire est utilisée pour faire bouillir de l’eau.
Réponse
La réponse est B. L’énergie issue du rayonnement nucléaire est utilisée pour faire bouillir de l’eau.
Lorsqu’un élément radioactif se désintègre, il émet un rayonnement nucléaire. Ce rayonnement nucléaire peut prendre la forme de particules ou d’ondes électromagnétiques.
Lorsqu’un noyau émet un rayonnement nucléaire, une partie de son énergie nucléaire peut être transformée en énergie thermique dans de l’eau. Cela fait bouillir l’eau.
Lorsque l’eau bout, elle produit de la vapeur qui fait tourner une turbine. Celle-ci fait fonctionner un générateur d’électricité.
Exemple 2: Rayonnement nucléaire et production d’électricité
Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement comment l’émission de rayonnements nucléaires par des noyaux atomiques en désintégration peut être utilisée dans la production d’électricité ?
- L’énergie des particules et des ondes émises par le rayonnement nucléaire peut être transformé en énergie thermique.
- On peut fabriquer des batteries qui transforment l’énergie chimique du rayonnement nucléaire en énergie électrique.
Réponse
La réponse est A. L’énergie des particules et des ondes émises par le rayonnement nucléaire peut être transformée en ’énergie thermique.
Lorsqu’un élément radioactif se désintègre, il émet un rayonnement nucléaire. Ce rayonnement nucléaire permet de transformer de l’énergie nucléaire en énergie thermique dans de l’eau. Cela fait bouillir l’eau.
Lorsque l’eau bout, elle produit de la vapeur. La vapeur peut servir à faire tourner des turbines. Cela fait fonctionner un générateur électrique qui transforme l’énergie en énergie électrique.
Les batteries peuvent servir à transformer l’énergie chimique en énergie électrique. Cependant, ce type de batterie n’utilise pas de rayonnements pour produire de l’électricité.
Les centrales nucléaires n’utilisent pas de batteries pour produire de l’électricité.
Le processus de production d’électricité dans les centrales nucléaires produit également des déchets nucléaires. Lorsqu’un atome subit une désintégration nucléaire et émet un rayonnement nucléaire, le noyau de l’atome change. Lorsque le combustible nucléaire émet un rayonnement nucléaire, il se désintègre en déchets nucléaires.
Les déchets nucléaires émettent beaucoup moins de rayonnements nucléaires que le combustible nucléaire, donc ils ne peuvent pas transformer beaucoup d’énergie. Par conséquent, les déchets nucléaires ne sont pas utiles pour produire de l’électricité et sont éliminés.
Exemple 3: Défis de l’utilisation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité
Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement un défi lié à l’utilisation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité ?
- Un réacteur nucléaire peut exploser comme une bombe nucléaire.
- Des déchets radioactifs sont produits.
Réponse
La réponse est B. Des déchets radioactifs sont produits.
Lorsque le combustible nucléaire se désintègre, il émet un rayonnement nucléaire. Le rayonnement nucléaire transforme une partie de l’énergie nucléaire du noyau en énergie thermique dans de l’eau. Cela fait bouillir l’eau et produit de la vapeur qui sert à produire de l’électricité.
Lorsqu’une substance se désintègre, les noyaux de ses atomes changent. Lorsque le combustible nucléaire se désintègre, il se transforme en déchet nucléaire. Les déchets nucléaires sont radioactifs mais ne transforment pas autant d’énergie que le combustible nucléaire, donc ils ne sont pas utiles pour produire de l’électricité. Par conséquent, les déchets nucléaires doivent être éliminés.
Les réacteurs des centrales nucléaires sont surveillés de très près. La quantité de rayonnement nucléaire produite est strictement contrôlée pour garantir que les réacteurs nucléaires sont sûrs et ne vont pas exploser.
En plus de produire de l’électricité, la radioactivité a de nombreuses autres applications.
La radioactivité a de nombreux usages médicaux. Par exemple, le rayonnement nucléaire est souvent utilisé en imagerie médicale. Des images peuvent être créées de l’intérieur du corps afin de diagnostiquer des maladies. Des substances radioactives peuvent être utilisées comme « traceurs » pour rendre ces images plus faciles à interpréter. Différents traceurs sont absorbés par différentes parties du corps. En observant le rayonnement émis par un traceur, une image peut être formée d’une partie particulière du corps.
La radioactivité a également d’autres utilisations en médecine. Le rayonnement nucléaire peut endommager les cellules. Cela signifie que le rayonnement nucléaire est très utile pour le traitement du cancer. Le rayonnement nucléaire peut être dirigé vers le corps pour qu’il tue les cellules cancéreuses sans endommager trop de cellules saines. Ce type de traitement est appelé radiothérapie.
Le rayonnement nucléaire est également utile en agriculture.
Les ravageurs, tels que les insectes, mangent souvent des cultures. Cela endommage les récoltes et réduit le volume de production que les agriculteurs peuvent vendre. Les insectes pondent souvent des œufs sur les cultures. Lorsque les œufs éclosent, cela produit plus d’insectes qui causent plus de dégâts.
Cependant, le rayonnement nucléaire peut être utilisé comme une forme de contrôle des ravageurs. Le rayonnement nucléaire peut tuer les œufs pondus par les insectes. Cela permet aux agriculteurs de contrôler le nombre d’insectes et de réduire les dommages à leurs cultures.
Les agriculteurs peuvent également utiliser le rayonnement pour modifier les caractéristiques de leurs cultures. Le rayonnement nucléaire peut modifier l’ADN des cellules végétales. C’est ce qu’on appelle des mutations. Des mutations peuvent donner aux cultures des propriétés utiles. Par exemple, ils peuvent les rendre plus faciles à cultiver ou plus nutritifs.
Exemple 4: Radiation nucléaire en agriculture
Lequel des choix suivants est une utilisation actuelle du rayonnement nucléaire an agriculture ?
- produire des mutations utiles chez les plantes
- transmettre de l’énergie aux plantes et aux animaux pour les faire croître plus vite
Réponse
La réponse est A : produire des mutations utiles chez les plantes.
Le rayonnement nucléaire peut provoquer des changements dans l’ADN d’une plante, appelés mutations. Ces mutations peuvent changer les caractéristiques de la plante de manière utile. Par exemple, cela peut rendre les plantes plus faciles à cultiver.
Le rayonnement nucléaire transfère de l’énergie aux plantes, mais cela ne les fait pas croître plus vite. L’énergie qui est transférée provoque les mutations dans l’ADN des plantes.
Le rayonnement nucléaire a aussi des usages industriels. Cela signifie que le rayonnement nucléaire peut être utile pour la construction et le développement de produits.
Par exemple, le rayonnement nucléaire peut être utilisé pour trouver de très petits défauts dans les produits. Le rayonnement peut être utilisé pour produire des images détaillées des produits qui révèlent des défauts trop petits pour être facilement visibles par les yeux.
Certaines industries ont besoin de températures très élevées pour fabriquer leurs produits. Le rayonnement nucléaire peut être utilisé pour générer ces températures élevées, car le rayonnement transforme l’énergie nucléaire en énergie thermique.
Le rayonnement nucléaire est également utile pour l’exploitation minière.
Souvent, on extrait le pétrole brut et le gaz naturel, car ils sont utiles pour produire de l’électricité. Cependant, le pétrole et le gaz peuvent être difficiles à trouver, car ils se forment sous terre.
Les techniques profitant de rayonnements nucléaires peuvent être utilisées pour localiser le pétrole et le gaz sous terre. Les roches souterraines qui contiennent du pétrole et du gaz contiennent également des éléments radioactifs. Cela signifie que les roches qui émettent un rayonnement sont susceptibles de contenir du pétrole et du gaz. Les détecteurs de radiations peuvent être utilisés pour localiser ces roches et ainsi localiser le pétrole et le gaz.
Le rayonnement nucléaire est également utilisé dans l’exploration spatiale.
La radioactivité peut être utilisée pour générer l’électricité nécessaire à un engin spatial. Le rayonnement nucléaire transforme l’énergie du noyau en énergie thermique qui est utilisée pour produire de l’électricité.
Ceci est très similaire au processus qui se déroule dans les centrales nucléaires, dont nous avons discuté au début de cette fiche explicative. Cependant, il existe une différence clé entre ces deux processus.
Dans les centrales nucléaires, l’énergie des noyaux fait bouillir l’eau et produit de la vapeur. Cependant, dans un vaisseau spatial, nous ne produisons pas d’électricité en faisant bouillir de l’eau. Au lieu de cela, nous utilisons une batterie nucléaire. Cela signifie que l’électricité peut être produite sans faire bouillir l’eau.
Exemple 5: Rayonnement nucléaire lors d’exploration spatiale
Lequel des choix suivants est une utilisation actuelle du rayonnement nucléaire dans l’exploration spatiale ?
- propulser des fusées
- protéger les astronautes des rayons cosmiques
- transformer de l’énergie du rayonnement nucléaire en énergie thermique
Réponse
La réponse est C : transformer de l’énergie du rayonnement nucléaire en énergie thermique.
Le rayonnement nucléaire transforme l’énergie des noyaux en énergie thermique. Dans un vaisseau spatial, une batterie nucléaire utilise cette énergie thermique pour produire de l’électricité.
Les fusées sont propulsées par le carburant de leurs moteurs. Ce carburant n’est pas radioactif, donc il ne produit pas de rayonnement.
Les vaisseaux spatiaux sont conçus pour protéger les astronautes des rayons cosmiques. Les engins spatiaux sont construits à partir de matériaux qui ne permettent pas aux rayons cosmiques de les traverser. Cela empêche les astronautes d’entrer en contact avec les rayons cosmiques.
Maintenant que nous avons discuté de quelques applications utiles de la radioactivité, résumons ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.
Points clés
- Dans les centrales nucléaires, le rayonnement nucléaire transforme de l’énergie nucléaire en énergie thermique dans de l’eau. Cela fait bouillir l’eau, ce qui produit de la vapeur qui peut faire fonctionner un générateur électrique.
- Dans les centrales nucléaires, le combustible nucléaire se transforme en déchets nucléaires qui doivent être éliminés.
- La radioactivité est utilisée en médecine pour diagnostiquer et traiter des maladies.
- En agriculture, le rayonnement nucléaire sert à tuer les insectes et produire des mutations utiles dans les plantes cultivées.
- Le rayonnement nucléaire a des usages industriels ; par exemple, détecter des défauts dans des produits et produire des températures élevées.
- Nous pouvons utiliser le rayonnement nucléaire pour localiser le pétrole et le gaz sous terre.
- Le rayonnement nucléaire est utilisé pour produire de l’électricité dans les vaisseaux spatiaux.
- Dans les vaisseaux spatiaux, le rayonnement nucléaire transforme l’énergie nucléaire en énergie thermique. Ensuite, les batteries nucléaires utilisent cette énergie thermique pour produire de l’électricité.
